堅硬頂板條件下回采巷道錨網(wǎng)支護技術(shù)研究

姬靜偉

（山西晉煤集團晉圣礦業(yè)投資有限公司，山西 晉城 048000）

誠南煤業(yè)隸屬于山西晉煤集團晉圣礦業(yè)投資有限公司，由陽城海陽煤化有限公司、陽城恒誠萬和煤業(yè)有限公司、陽城嶺南煤業(yè)有限公司三礦整合而成，批準開采15#煤層，井田面積16.0022km2，生產(chǎn)規(guī)模45萬t/a。為保證誠南煤業(yè)15#工作面的安全正常回采，必須對誠南煤業(yè)15#地質(zhì)條件和力學(xué)參數(shù)進行調(diào)研、評估，確定回采巷道最為經(jīng)濟合理的支護技術(shù)，對巷道安全高效掘進有重要的現(xiàn)實意義。

1 工程概況

15101工作面為首采工作面，主采15#煤層，位于太原組一段頂部，K2灰?guī)r之下。煤層厚度1.40～3.40m，平均厚2.20m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般含0～2層矸石，矸石成分多為炭質(zhì)泥巖或灰黑色泥巖。其直接頂板為K2石灰?guī)r，平均厚10.13m，抗壓強度在100MPa以上；底板為灰黑色泥巖，抗壓強度為3.4～9.1MPa，平均為6.9MPa。

2 回采巷道圍巖變形破壞原因分析

通過對已掘巷道出現(xiàn)的頂板下沉量偏大、頂板多處產(chǎn)生墜包和錨桿托盤內(nèi)煤體冒空現(xiàn)象進行分析，總結(jié)其發(fā)生破壞的主要影響因素分為地質(zhì)條件和現(xiàn)場施工兩類。

2.1 地質(zhì)條件影響

地質(zhì)條件往往是導(dǎo)致巷道變形破壞的主要因素。掘進巷道所處的埋深、圍巖的力學(xué)性質(zhì)（包括膨脹礦物的成分及含量），以及由于大埋深造成的高地應(yīng)力對巷道圍巖的變形破壞有直接的影響。

2.2 現(xiàn)場施工影響

（1）現(xiàn)場未配備風(fēng)動扳手或扭矩倍增器導(dǎo)致錨桿施加的預(yù)緊力矩普遍偏低，未能充分發(fā)揮錨桿主動支護的作用，進而導(dǎo)致巷道錨桿支護效果較差。

（2）錨桿未能垂直巷道頂板施工，多處錨桿螺母和托盤之間呈點接觸或者線接觸形式，錨桿支護效果較差，巷道表面圍巖變形或者破碎后，錨桿很容易失去支護作用。

（3）錨桿螺母與托盤之間未放置尼龍減摩墊圈，導(dǎo)致兩者間摩擦阻力偏大，受摩擦阻力的影響，錨桿預(yù)緊力矩轉(zhuǎn)化為軸向預(yù)緊力損失較大。

（4）相鄰巷道的開挖造成的動壓擾動影響，往往是導(dǎo)致巷道支護設(shè)計失效的重要因素[1-5]。

3 巷道支護方案確定

15101首采工作面回采巷道采用機掘工藝，設(shè)計凈寬4700mm，凈高2900mm，掘進斷面積13.63m2。依據(jù)巷道圍巖控制技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場實際的地質(zhì)條件，綜合考慮回采巷道變形破壞機理，巷道采用樹脂加長錨固高預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)索組合支護系統(tǒng)。巷道頂板每排共布置4根錨桿，巷道兩幫每排各布置3根錨桿，巷道錨桿支護布置圖如圖1所示。

圖1 回采巷道錨桿支護布置圖

（1）頂板錨桿布置參數(shù)。頂板采用鋼號400#的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿直徑為20mm，長度為2000mm；頂板錨桿間排距為1300×1500mm，每排4根錨桿；頂角側(cè)錨桿施工角度與垂直方向不得大于10°，其他錨桿均垂直頂板布置；錨桿鉆孔直徑28mm，孔內(nèi)填入規(guī)格為MSK2335和MSZ2360樹脂藥卷各一支；巷道鋪設(shè)菱形網(wǎng)支護頂板，網(wǎng)孔規(guī)格50×50mm，網(wǎng)片規(guī)格為4900×1600mm，搭接長度為100mm；配合使用拱形高強度可調(diào)心托板，規(guī)格為150×150×10mm，輔以高強調(diào)心球墊和尼龍101減摩墊圈；現(xiàn)場配置風(fēng)動扳手或扭矩倍增器，保證錨桿預(yù)緊力矩不低于300N·m。

（2）頂板錨索布置參數(shù)。頂板采用1×7股的高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索直徑為17.8mm，長度為5300mm；錨索排距為4500mm，即每間隔三排錨桿居中布置1根錨索，起到補強加固和探頂?shù)碾p重作用；頂板錨索全部垂直頂板施工；錨索鉆孔直徑28mm，孔內(nèi)填入規(guī)格MSK2335樹脂藥卷一支和MSZ2360樹脂藥卷兩支；配合使用拱形高強度可調(diào)心托板，規(guī)格為300×300×16mm，輔以高精度鎖具；現(xiàn)場施加的錨索預(yù)緊力不得低于200kN。

（3）幫部錨桿布置參數(shù)。采用鋼號400#的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿直徑為20mm，長度為2000mm；錨桿間排距為1100×1200mm，每幫3根錨桿；所有錨桿均垂直巷幫布置；錨桿鉆孔直徑28mm，孔內(nèi)填入規(guī)格為MSK2335和MSZ2360樹脂藥卷各一支；巷道鋪設(shè)菱形網(wǎng)支護幫部，網(wǎng)孔規(guī)格50×50mm，網(wǎng)片規(guī)格為2900×1300mm，搭接長度為100mm；配合使用拱形高強度可調(diào)心托板，規(guī)格為150×150×10mm，輔以高強調(diào)心球墊和尼龍101減摩墊圈；現(xiàn)場配置風(fēng)動扳手或扭矩倍增器，保證錨桿預(yù)緊力矩不低于300N·m。

4 回采巷道圍巖變形觀測分析

為了對回采巷道錨網(wǎng)索聯(lián)合支護效果進行檢驗，掌握回采巷道圍巖變形規(guī)律，采用“十”字布點法在巷道內(nèi)間隔50m布置巷道表面位移觀測點。巷道變形測點布置如圖2所示，連續(xù)進行8周觀測，并對回采巷道頂?shù)装逡平考皟蓭鸵平窟M行統(tǒng)計分析。同時，與未采用優(yōu)化設(shè)計之前的圍巖變形情況進行對比分析，回采巷道圍巖變形情況如圖3所示。

圖2 巷道變形測點布置剖面圖

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，回采巷道頂?shù)装逡平颗c兩幫移近量增長趨勢基本保持一致。掘巷2周內(nèi)，巷道圍巖變形量增長迅速，隨后增長速度下降明顯；掘巷6周后巷道圍巖達到動態(tài)平衡狀態(tài)，巷道頂?shù)装逡平孔畲笾禐?8mm，兩幫移近量最大值為64mm。由此可知，采用高強錨網(wǎng)索聯(lián)合支護技術(shù)，有效控制了回采巷道圍巖變形，提高了巷道圍巖穩(wěn)定性，取得良好的支護效果。

圖3 回采巷道圍巖變形曲線圖

5 結(jié)論

（1）對造成巷道圍巖變形破壞的原因進行分析，發(fā)現(xiàn)巷道錨網(wǎng)支護失效主要是受地質(zhì)條件和現(xiàn)場施工質(zhì)量兩方面因素影響。

（2）通過優(yōu)化回采巷道錨桿支護參數(shù)，巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平吭诰蛳?周后基本趨于穩(wěn)定，有效控制了回采巷道圍巖表面變形，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要，確保礦井安全高效生產(chǎn)。